FR3053534A1

FR3053534A1 - Module de pile a combustible ayant un circuit d'hydrogene a 2 entrees

Info

Publication number: FR3053534A1
Application number: FR1656291A
Authority: FR
Inventors: Mathieu Mougenot
Original assignee: SYMBIOFCELL
Current assignee: SYMBIOFCELL
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2016-07-01
Publication date: 2018-01-05
Anticipated expiration: 2036-07-01
Also published as: FR3053534B1

Abstract

Module de pile à combustible doté d'un circuit d'hydrogène pour alimenter en hydrogène les compartiments anodiques respectifs de cellules d'un assemblage de cellules électrochimiques, le circuit d'hydrogène comportant plusieurs entrées (111, 112) par lesquelles de l'hydrogène est destiné à être injecté alternativement, ce qui peut favoriser l'évacuation d'eau dans le circuit d'hydrogène tout en limitant la consommation globale d'hydrogène consommé (figure 3).

Description

(54) MODULE DE PILE A COMBUSTIBLE AYANT UN CIRCUIT D'HYDROGENE A 2 ENTREES.

(© Module de pile à combustible doté d'un circuit d'hydrogene pour alimenter en hydrogène les compartiments anodiques respectifs de cellules d'un assemblage de cellules électrochimiques, le circuit d'hydrogène comportant plusieurs entrées (111, 112) par lesquelles de l'hydrogène est destiné à être injecté alternativement, ce qui peut favoriser l'évacuation d'eau dans le circuit d'hydrogène tout en limitant la consommation globale d'hydrogène consommé (figure 3).

MODULE DE PILE A COMBUSTIBLE AYANT UN CIRCUIT D'HYDROGENE A 2 ENTREES

DESCRIPTION

DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR

La présente demande concerne le domaine technique des piles à combustible et en particulier un dispositif de pile à combustible ayant une configuration améliorée du circuit d'hydrogène permettant d'obtenir un meilleur rendement.

Une pile 1 à combustible est un convertisseur d'énergie chimique en énergie électrique doté d'au moins une cellule électrochimique 2 comprenant une anode 4 séparée d'une cathode 6 par un électrolyte 8 typiquement sous forme d'une membrane polymère. La cellule électrochimique est généralement alimentée par deux gaz différents, le premier peut par exemple être de l'hydrogène s'oxydant au contact de l'anode, le second de l'oxygène réduit au contact de la cathode selon les réactions électrochimiques suivantes :

ff, -> 2B* + 2e

Equation 1

-Ο, + 2H + 2e~ O

Equation 2

Les piles à combustible consommant de l'hydrogène sont aussi nommées pile à hydrogène. L'oxydation de l'hydrogène produit des électrons circulant de l'anode 4 à la cathode 6 via un circuit 10 électrique externe à la cellule, de sorte qu'un élément 12 intégré à ce circuit électrique 10 puisse être alimenté en électricité par la pile. La membrane 8 séparant les électrodes 4, 6 est généralement réalisée à partir de matériau poreux et électriquement isolant, mais conducteur ionique.

Les cellules de piles à combustible de type PEMFC (acronyme en anglais de « Polymer Electrolyte Membrane Fuel Cells » ou « proton exchange membrane fuel cells ») ont typiquement une membrane d'échange de protons à base de polymère, en particulier de fluoropolymère.

Une pile à combustible de type PEMFC se réalise typiquement par l'empilement de cellules élémentaires, chaque cellule étant formée entre une face d'une plaque bipolaire, d'un élément nommé AME (pour « assemblage membrane électrode » correspondant ici à l'empilement anode membrane cathode) et d'une face d'une autre plaque bipolaire. Les plaques bipolaires sont généralement métalliques ou à base de graphite composite et dotées de cannelures ou de canaux d'alimentation sur chaque face, les canaux d'une première face permettant l'alimentation en hydrogène, tandis que les canaux d'une deuxième face opposée à la première face permettent l'alimentation en oxygène.

Les réactants sont ainsi introduits vers les électrodes 4, 6 par l'intermédiaire des canaux d'alimentation présents dans les plaques bipolaires 13, ces canaux d'alimentation permettant également d'évacuer le produit des réactions électrochimiques ci-dessus. Le volume délimité par un canal d'alimentation et une électrode forme un compartiment anodique 14 lorsque l'électrode est l'anode, ou un compartiment cathodique 16 lorsque l'électrode est la cathode (figure 1).

Une cellule électrochimique 2 à hydrogène fournit théoriquement une tension électrique qui varie notamment en fonction de la pression partielle des fluides transportant les combustibles dans les compartiments anodique et cathodique. Afin d'obtenir des tensions électriques exploitables pour les utilisations mentionnées ci-dessus, plusieurs cellules électrochimiques 2 sont assemblées en série pour former un ensemble, sous forme d'un empilement encore appelé « stack ». Une pile électrochimique peut donc comporter plusieurs cellules électrochimiques, alimentées à partir d'un même canal d'alimentation desservant plusieurs compartiments cathodiques ou anodiques.

Les performances d'une cellule électrochimique à hydrogène dépendent notamment du taux d'humidité de la membrane 8 : cette humidité permet une bonne conduction ionique des ions hydrogène à travers la membrane 8. L'hydratation de la membrane 8 est maintenue naturellement grâce à l'eau générée au niveau de la cathode.

Une fraction de l'eau générée à la cathode est transférée vers l'anode après diffusion au travers de la membrane 8.

Un phénomène d'accumulation d'eau dans les compartiments destinés à l'hydrogène peut alors se produire. Or un taux d'humidité ou une accumulation d'eau sous (phase liquide) trop important à l'anode est susceptible :

- d'être à l'origine d'une réduction de la surface active de l'anode et donc d'une augmentation de la densité de courant traversant ses zones encore actives,

- d'être à l'origine de surtensions à l'anode ce qui réduit la tension délivrée par la pile et par conséquent son rendement,

- de diminuer le courant pouvant être généré par la pile pour une tension à ses bornes imposée par le circuit externe, et par conséquent sa puissance,

- de créer une pénurie en hydrogène dans des zones noyées localisées ce qui peut entraîner une dégradation de la structure de pile et réduire sa durée de vie,

- d'augmenter de manière trop importante la diffusion d'azote de la cathode vers l'anode à l'origine d'une pénurie en hydrogène susceptible de dégrader la pile.

En d'autres termes, une stagnation d'eau, liquide, et une accumulation d'azote trop importants, notamment dans le compartiment anodique, dégrade les performances d'une cellule électrochimique.

Pour prévenir ces inconvénients, le compartiment anodique peut être régulièrement purgé. L'eau à l'état liquide et les gaz inertes présents dans le compartiment sont alors évacués. Cette évacuation peut entraîner une consommation d'hydrogène dans la pile.

Un module typique de pile à hydrogène comporte un seul port d'entrée prévu pour injecter l'hydrogène dans tout l'empilement, un seul port de sortie commun à toutes les cellules.

Un exemple de cycle d'injection d'hydrogène et de purge d'un tel module est illustré sur les figures 2A-2B.

Dans le compartiment anodique, la pression augmente jusqu'à une pression de consigne régulée. Une régulation de la pression d'hydrogène est réalisée afin de n'injecter à l'anode que la quantité 2N d'hydrogène consommée à chaque instant par l'empilement de cellules.

Sur la figure 2A, l'injection et la circulation d'hydrogène dans les canaux d'une plaque bipolaire sont symbolisées respectivement par des flèches SI, S2. Lorsque l'eau s'accumule à l'anode, une séquence de purge est initiée.

Une vanne de purge est alors est alors ouverte, afin d'évacuer l'eau ainsi que de l'azote (flèche S3). Par la même occasion, de l'hydrogène est évacué. Un organe régulateur de pression d'hydrogène en amont de la pile est prévu pour augmenter alors le débit d'hydrogène (flèche S4) afin de compenser la perte en hydrogène due à la purge.

Typiquement, le débit d'hydrogène peut être alors doublé.

Lors de la purge on évacue dans un premier temps l'eau localisée à proximité d'un conduit d'échappement puis des gouttelettes accrochées dans les canaux.

Cette deuxième phase d'évacuation est généralement peu efficace ce qui requiert généralement de prolonger la purge et entraîne par conséquent une consommation importante d'hydrogène et un rendement faible.

Il se pose le problème de trouver un nouveau dispositif amélioré permettant de purger correctement le circuit d'hydrogène d'une pile à combustible tout en limitant la quantité d'hydrogène consommé.

EXPOSÉ DE L'INVENTION

Un mode de réalisation de la présente invention concerne un module de pile à combustible doté d'un circuit d'hydrogène pour alimenter en hydrogène des compartiments anodiques respectifs de cellules d'un assemblage de cellules électrochimiques du module, le circuit d'hydrogène comprenant :

- une première entrée apte à permettre d'introduire de l'hydrogène dans le circuit d'hydrogène,

- une deuxième entrée pour permettre d'introduire de l'hydrogène dans le circuit d'hydrogène, la première entrée, la deuxième entrée et le circuit d'hydrogène étant configurés de sorte qu'un premier flux d'hydrogène introduit par la première entrée est amené à traverser un premier ensemble d'une ou plusieurs cellules de l'assemblage avant de traverser un deuxième ensemble d'une ou plusieurs cellules de l'assemblage et de sorte qu'un deuxième flux d'hydrogène introduit par la deuxième entrée est amené traverser le deuxième ensemble de cellules avant de traverser le premier ensemble de cellule(s) de l'assemblage,

- une sortie de purge apte, lorsqu'elle est ouverte, à permettre une purge du circuit d'hydrogène.

Ainsi, le module peut être doté de moyens de commande d'alimentation en hydrogène pour :

- introduire de l'hydrogène par la première entrée et pour,

- introduire de l'hydrogène par la deuxième entrée.

On peut réaliser une injection d'hydrogène alternée entre la première et la deuxième entrée. Ainsi, les moyens de commande d'alimentation en hydrogène peuvent être configurés pour alternativement, introduire de l'hydrogène par la première entrée puis pour introduire de l'hydrogène par la deuxième entrée.

Les injections alternées permettent de décrocher les gouttelettes d'eau liquide présentes dans les canaux anodiques et concentrer cette eau liquide au voisinage de l'orifice de purge. On améliore ainsi le rendement en hydrogène de la pile en préparant le décrochage des gouttelettes d'eau liquide en avance de phase et en privilégiant l'évacuation de l'eau liquide dans les premiers instants de la phase de purge anodique.

On peut optimiser les paramètres de la séquence de purge, en particulier le temps espaçant deux purges et la durée des purges.

Avantageusement, lorsque de l'hydrogène est introduit par la première entrée, la deuxième entrée est fermée de sorte qu'on n'introduit pas d'hydrogène par la deuxième entrée, et lorsque de l'hydrogène est introduit par la deuxième entrée, la première entrée est fermée de sorte qu'on n'introduit pas d'hydrogène par la première entrée.

Selon une possibilité de mise en œuvre du dispositif, les moyens de commande d'alimentation en hydrogène comprennent une première électrovanne reliée à la première entrée du circuit d'hydrogène et une deuxième électrovanne reliée à la deuxième entrée du circuit d'hydrogène.

L'ouverture et la fermeture de la sortie de purge peuvent être également réalisées par le biais d'une électro-vanne.

Selon un mode de fonctionnement particulier la première entrée et la deuxième entrée d'injection d'hydrogène peuvent être ouvertes simultanément lors de la phase de purge. De cette manière, l'intégralité du contenu du circuit anodique est soufflée vers la sortie de purge lors de cette phase.

Avantageusement, la première entrée d'injection d'hydrogène et/ou la deuxième entrée peu(ven)t être munie(s) d'une électrovanne à ouverture proportionnelle pilotable. Ce type d'électrovanne, pouvant être ouverte une amplitude plus ou moins importante, permet la mise en place d'une stratégie d'équilibrage des deux ensembles de cellules lorsqu'un déséquilibre des tensions de cellule survient entre les deux ensembles de cellules. Une telle stratégie peut consister par exemple, durant la phase de purge, lorsqu'on détecte un tel déséquilibre, à ouvrir d'avantage une électrovanne d'injection d'hydrogène desservant prioritairement un ensemble de cellules donné, en particulier celui présentant les tensions de cellule les plus basses ou présentant l'écart type le plus important en termes de tensions individuelles des cellules.

Ainsi, un mode de réalisation de la présente invention concerne un procédé de commande du module dans lequel :

- on mesure les tensions respectives des cellules du premier ensemble de cellules et du deuxième ensemble de cellules, puis

- on adapte l'amplitude d'ouverture de la première électrovanne à ouverture proportionnelle pilotable ou de la deuxième électrovanne à ouverture proportionnelle pilotable en fonction de la mesure de tensions effectuée.

L'assemblage de cellules est typiquement sous forme d'un empilement.

Avantageusement, la première entrée est alors située à une première extrémité de cet empilement tandis que la deuxième entrée est située à une autre extrémité de cet empilement.

L'assemblage de cellules du module peut être doté d'un premier ensemble de cellules et d'un deuxième ensemble de cellules avec une structure d'évacuation disposée entre ce premier ensemble et le deuxième ensemble, la structure d'évacuation aboutissant à la sortie de purge.

Cette structure d'évacuation peut être intégrée à une plaque séparatrice disposée dans l'empilement des cellules et dotée d'un moyen d'évacuation. Une telle plaque sépare de manière étanche les deux chambres d'injection d'hydrogène respectivement associées à la première entrée d'hydrogène et à la deuxième entrée d'hydrogène, tout en permettant une communication de chambres de sortie des canaux anodiques des deux ensemble de cellules.

Avantageusement, l'orifice de sortie de purge peut être déporté de manière à être localisé entré le premier ensemble et le deuxième ensemble de cellules, au niveau de la plaque séparatrice. Cette configuration permet de ne pas privilégier le soufflage d'un ensemble de cellules lors de la phase de purge si les deux entrées d'injection d'hydrogène sont ouvertes.

Avantageusement, la pile à combustible est de type PEMFC i.e. une pile combustible à membrane électrolyte polymère.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

D'autres détails et caractéristiques de l'invention apparaîtront de la description qui va suivre, faite en regard des figures annexées suivantes.

Les parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références de façon à faciliter le passage d'une figure à une autre. Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement à échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

La figure 1 illustre une pile à combustible dotée de plusieurs cellules électrochimiques ;

La figure 2 illustre un principe de gestion d'injection d'hydrogène dans un circuit d'hydrogène et de purge d'un tel circuit appartenant à une pile à combustible ;

La figure 3 illustre un exemple de réalisation de circuit d'injection d'hydrogène dans un module de pile à combustible comprenant un circuit d'hydrogène à plusieurs entrées ;

Les figures 4A-4D représentent différentes phases de fonctionnement du circuit d'hydrogène d'une pile à combustible suivant l'invention ;

Les figures 5A-5C illustrent un assemblage d'éléments d'une pile à combustible dotée de deux entrées de circuit d'hydrogène ;

Des parties identiques, similaires ou équivalentes des différentes figures portent les mêmes références numériques de façon à faciliter le passage d'une figure à l'autre.

Les différentes parties représentées sur les figures ne le sont pas nécessairement selon une échelle uniforme, pour rendre les figures plus lisibles.

EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS

La figure 4 montre un module 100 de pile à combustible, en particulier une pile à hydrogène de type PEMFC formée d'un assemblage comportant une pluralité de cellules électrochimiques empilées (non représentées). Le module 100 est doté d'un circuit de gaz (non représenté) en particulier d'hydrogène reliant et comprenant des compartiments anodiques de la pile que l'on souhaite alimenter en hydrogène. Ce circuit d'hydrogène est ici doté d'une première entrée 111 ainsi qu'une deuxième entrée 112.

L'hydrogène injecté aux entrées 111, 112 peut provenir d'un même réservoir 1 (non représenté) après avoir transité par un circuit 10 d'alimentation.

Pour faire passer l'hydrogène du réservoir 1 stocké à haute pression (par exemple de l'ordre de 350 bars) à une pression plus basse et mieux adaptée à l'alimentation de la pile, le circuit d'alimentation 10 est doté dans cet exemple d'un détendeur 11 haute pression, suivi d'un détendeur 13 basse pression. Par mesure de sécurité, une soupape de décharge 12 peut être prévue en sortie du détendeur haute pression, afin de permettre une libération d'hydrogène hors du circuit d'alimentation 10 lorsque la pression est supérieure à un seuil donné par exemple de l'ordre de 10 bars. Le circuit 10 d'alimentation est ici doté d'une sonde de pression 14 en sortie du détendeur 13 basse pression.

Afin de pouvoir contrôler l'admission d'hydrogène respectivement à la première entrée 111 et à la deuxième entrée 112, le circuit d'alimentation 10 comporte également des électrovannes 15, 16 actionnées à l'aide d'un dispositif de commande, la première entrée 111 et la deuxième entrée 112 pouvant être ainsi ouvertes (respectivement fermées) indépendamment l'une de l'autre. Le dispositif de commande 100 peut être par exemple un dispositif électronique sous forme d'une ou plusieurs cartes comportant avec des circuits intégrés analogiques ou des ASICs, des circuits logiques et programmables (par exemple de type FPGA, microprocesseur, microcontrôleur).

Le circuit d'hydrogène du module 100 est également doté d'une sortie 120 d'évacuation ou de purge par laquelle une éventuelle partie résiduelle d'hydrogène qui a été injectée par les entrées 111,112 et qui n'a pas été utilisée, ainsi que de l'eau à l'état liquide sont évacuées, cet hydrogène résiduel et cette eau étant susceptibles de constituer des obstacles à la libre circulation d'hydrogène neuf dans le circuit d'hydrogène.

Dans cet exemple de réalisation, la sortie 120 fonctionne en mode « impasse » encore appelé « dead-end », ce qui signifie qu'elle est la plupart du temps fermée hormis lors de phases de purges du circuit d'hydrogène. Lors de telles phases, la sortie 120, qui est reliée via le circuit d'hydrogène aux compartiments d'anodes respectifs de cellules de la pile, est ouverte temporairement afin que de l'hydrogène qui ne réagit pas souffle l'eau en phase liquide vers la sortie 120. L'ouverture et la fermeture de la sortie 120 peuvent être effectuées périodiquement et sont commandées par une électrovanne 126 de purge, qui peut être elle-même contrôlée par le dispositif de commande précité.

Une particularité du présent dispositif est qu'au lieu d'alimenter en hydrogène l'assemblage de cellules électrochimique de la pile par une seule entrée d'admission d'hydrogène, on utilise plusieurs entrées 111,112 pour alimenter la pile ce qui peut permettre de créer des parcours de flux d'hydrogène différents dans le circuit d'hydrogène en fonction de l'entrée 111 ou 112 par laquelle l'hydrogène a été injecté.

L'alimentation en hydrogène de la pile peut être réalisée alternativement entre la première entrée 111, et la deuxième entrée 112 selon une répétition de cycles au cours desquels alternativement on injecte de l'hydrogène via la première entrée 111 tout en conservant la deuxième entrée 112 de préférence fermée, puis on injecte de l'hydrogène via la seconde entrée 112 tout en conservant la première entrée 111 de préférence fermée.

Ainsi, lorsqu'on injecte un flux d'hydrogène par la première entrée 111, on fait parvenir prioritairement ce flux par un premier sous ensemble de cellules situées à proximité de cette première entrée 111, tandis que lorsqu'on injecte de l'hydrogène par la deuxième entrée 112, on fait parvenir prioritairement cet hydrogène à un deuxième sous ίο ensemble de cellules électrochimique relié en série au premier sous-ensemble et associé à cette deuxième entrée 112.

Par rapport à une injection d'hydrogène classique avec une seule entrée, cette injection alternée d'hydrogène permet une évacuation plus efficace de l'eau susceptible de s'accumuler dans les parties respectives de circuit d'hydrogène de ces sousensembles de cellules. A titre d'exemple de résultat, une pile à combustible de 5kW alimentée en hydrogène de manière classique, par une seule entrée d'injection, dont la purge serait cadencée à 2 secondes d'ouverture toutes les 8 secondes, soit un rendement hydrogène de 80%, pourrait alors être cadencée à 1 seconde d'ouverture toute les 30 secondes, soit un rendement hydrogène de 97%, en mettant en œuvre la présente invention.

Un exemple de cycle de fonctionnement du circuit d'hydrogène du module 100 de pile à combustible va à présent être donné en liaison avec les figures 4A-4D.

Les figures 4A-4B servent à illustrer une première phase de fonctionnement durant laquelle on injecte l'hydrogène dans le circuit d'hydrogène par le biais de la première entrée 111 qui se trouve à proximité d'une première cellule électrochimique d'un premier sous ensemble (représenté de manière schématique par un bloc 102A) de cellules électrochimiques sans injecter de l'hydrogène via la deuxième entrée 112. L'hydrogène accédant au circuit par la première entrée 111 est amené à parcourir le premier sous ensemble puis un deuxième sous ensemble (représenté de manière schématique par un bloc 102B) de cellules relié en série avec le premier sous ensemble. Le parcours de l'hydrogène injecté par la première entrée, puis circulant dans le premier sous ensemble, puis transmis du premier sous ensemble vers le deuxième sous ensemble, puis circulant dans le deuxième sous ensemble est symbolisé respectivement par des flèches FIA, FA, FAB, FB.

Dans cet exemple de réalisation à deux entrées on prévoit avantageusement deux sous ensemble de cellules ayant sensiblement également le même nombre de cellules, afin de permettre une évacuation d'eau équilibrée entre ces deux demi-stacks.

Lorsqu'on injecte (figure 2A) une quantité 2N d'hydrogène par la première entrée 111, le premier sous ensemble 102A peut être amené à consommer une quantité d'hydrogène sensiblement égale à N, tandis qu'un apport d'une quantité d'hydrogène sensiblement égale à N est amenée au deuxième sous ensemble 102B qui est susceptible de consommer cette quantité N. Cette injection permet alors d'évacuer prioritairement de l'eau accumulée dans le sous ensemble 102A associé à l'entrée 111 par laquelle l'hydrogène est émis. Un moyen de capture 115, par exemple sous forme d'un ou plusieurs canaux (non représentés) peut être agencé entre le premier sous ensemble 102A et le deuxième sous ensemble 102B afin de permettre d'évacuer l'eau du premier sous ensemble 102A vers la sortie 120 de purge qui est alors fermée. Cette évacuation se fait alors sans perte d'hydrogène.

De l'eau peut alors avoir tendance à s'accumuler (figure 2B) dans une zone 104B du deuxième sous ensemble 102B, en particulier située à proximité de la deuxième entrée 112.

L'état d'ouverture des électrovannes 15, 16 est ensuite modifié pour permettre au circuit d'hydrogène de passer dans une deuxième phase de fonctionnement.

Les figures 4C-4D illustrent cette deuxième phase de fonctionnement durant laquelle on introduit l'hydrogène via la deuxième entrée 112 qui se trouve à proximité d'une cellule électrochimique du deuxième sous ensemble 102B de cellules électrochimiques, tandis que la première entrée 111 reste fermée, ce qui signifie que l'arrivée d'hydrogène par cette entrée 111 est interrompue. Un flux d'hydrogène injecté par la deuxième entrée 111 est amené à parcourir le deuxième sous ensemble 102B puis un premier sous ensemble 102A de cellules. Le parcours de l'hydrogène injecté par la deuxième entrée, puis circulant dans le deuxième sous ensemble, puis transmis du deuxième sous ensemble vers le premier sous ensemble, puis circulant dans le premier sous ensemble est symbolisé respectivement par des flèches F'IB, F'B, F'BA, F'A.

Cette injection permet alors d'évacuer prioritairement de l'eau accumulée dans le sous ensemble 102B associé à l'entrée 112 par laquelle l'hydrogène est émis. Le moyen de capture 115 agencé entre le premier sous ensemble 102A et deuxième sous ensemble 102B peut alors permettre d'évacuer l'eau du deuxième sous ensemble

102B vers la sortie 120 de purge qui est alors fermée. Cette évacuation se fait alors sans perte d'hydrogène.

L'eau évacuée hors des sous-ensembles 102A, 102B de cellules pendant les phases d'injection est stockée à proximité de la sortie 120 de purge dont l'ouverture et la fermeture sont commandées par l'électrovanne 126. Lorsqu'on ouvre cette électrovanne de purge 126 afin d'effectuer la purge du circuit d'hydrogène, on évacue dans un premier temps principalement l'eau accumulée, puis dans un second temps l'hydrogène auquel peut s'ajouter un gaz neutre tel que de l'azote. La durée de la purge peut être ainsi limitée et la quantité d'hydrogène sortant du circuit d'hydrogène limitée.

Avec une même configuration de pile à combustible, un autre mode de fonctionnement que celui par injection alternée d'hydrogène peut être prévu. Celui-ci consiste à alimenter la pile à combustible avec les deux entrées d'injection d'hydrogène ouvertes en permanence. Ce mode peut être avantageux pour alimenter une pile à combustible de forte puissance, formée d'un nombre important de cellules.

Les figures 5A-5C illustrent par le biais de vues en perspectives des éléments d'un module de pile à combustible tel que décrit précédemment, et en particulier des plaques 302a, 302b situées respectivement aux extrémités de l'empilement, une première plaque 302a d'extrémité étant dotée de la première entrée 111 du circuit d'hydrogène, une deuxième plaque 302b d'extrémité comportant la deuxième entrée 122 du circuit d'hydrogène. Dans cet exemple de réalisation, la sortie 120 de purge du circuit d'hydrogène est également prévue dans la première plaque 302a.

La première plaque 302a, est ici dotée en outre d'une entrée 133 de circuit de refroidissement et d'une sortie 144 de circuit d'air, tandis que la deuxième plaque 302b, peut être munie d'une sortie 134 du circuit de refroidissement et d'une entrée 143 du circuit d'air.

Chaque plaque terminale 302a (ou 302b) peut comporter un collecteur de courant 311a (resp. 311b) assurant la liaison électrique entre le système et les deux cellules d'extrémité de l'empilement. Ce composant est réalisé en matériau conducteur électrique et, de préférence, assure aussi un contact électrique avec les cellules électrochimiques. Les collecteurs de courant 311a, 311b sont insérés dans les plaques 302a, 302b d'extrémité qui compriment les collecteurs contre des cellules d'extrémité.

Par souci de simplification, l'empilement représenté sur les figures 5A-5C ne comporte que deux plaques bipolaires 322a, 322b appartenant respectivement à un premier sous ensemble et à un deuxième sous ensemble de cellules électro-chimiques.

Les plaques bipolaires 322a, 322b sont ici représentées sans leurs cannelures ou canaux d'alimentation en hydrogène et en oxygène présent respectivement sur leurs deux faces opposées. De même, le cœur électrochimique comportant une membrane échangeuse de protons sur chaque côté de laquelle une électrode est formée n'est pas représenté.

L'empilement comporte également une plaque séparatrice 350 délimitant les deux sous-ensembles de cellules associées respectivement à la première entrée 111 et à la deuxième entrée 112 d'hydrogène.

Pour permettre le maintien en position de l'empilement, des moyens de 15 maintien sous forme de tubes isolants centreurs 362 et de tubes isolants tirants 361 peuvent être prévus.

Selon une variante de réalisation, on prévoit une structure d'évacuation intégrée à la plaque séparatrice des deux ensemble de cellules et configurée pour séparer de manière étanche les deux chambres d'injection d'hydrogène respectivement associées

0 à la première entrée d'hydrogène et à la deuxième entrée d'hydrogène. La plaque séparatrice permet une communication de chambres de sortie des canaux anodiques des deux ensembles de cellules. Un orifice de sortie de purge peut être localisé entré le premier ensemble et le deuxième ensemble de cellules, au niveau de la plaque séparatrice.

Claims

REVENDICATIONS

1. Module de pile à combustible comprenant un circuit d'hydrogène pour alimenter en hydrogène des compartiments anodiques respectifs de cellules d'un assemblage de cellules électrochimiques du module, le circuit d'hydrogène comprenant :

- une première entrée (111) du circuit d'hydrogène,

- une deuxième entrée (112) du circuit d'hydrogène dans le circuit d'hydrogène, la première entrée, la deuxième entrée et le circuit d'hydrogène étant configurés de sorte qu'un premier flux d'hydrogène introduit par la première entrée est destiné à traverser un premier ensemble d'une ou plusieurs cellules de l'assemblage avant de traverser un deuxième ensemble d'une ou plusieurs cellules de l'assemblage et de sorte qu'un deuxième flux d'hydrogène introduit par la deuxième entrée est destiné à traverser le deuxième ensemble de cellules avant de traverser le premier ensemble de cellule(s) de l'assemblage,

- une sortie (120) de purge apte, lorsqu'elle est ouverte, à permettre une purge du circuit d'hydrogène, le module comprenant en outre des moyens de commande d'alimentation en hydrogène pour :

- introduire de l'hydrogène par la première entrée,

- introduire de l'hydrogène par la deuxième entrée.
2. Module de pile à combustible selon la revendication 1, dans lequel l'hydrogène est introduit alternativement par la première entrée puis par la deuxième entrée.
3. Module de pile à combustible selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel lorsque de l'hydrogène est introduit par la première entrée, la deuxième entrée est fermée de sorte qu'on n'introduit pas d'hydrogène par la deuxième entrée, et dans lequel lorsque de l'hydrogène est introduit par la deuxième entrée, la première entrée est fermée de sorte qu'on n'introduit pas d'hydrogène par la première entrée.
4. Module de pile à combustible selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les moyens de commande d'alimentation en hydrogène comprennent une première électrovanne (15) reliée à la première entrée (111) du circuit d'hydrogène et une deuxième électrovanne (16) reliée à la deuxième entrée (112) du circuit d'hydrogène.
5. Module selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'ouverture et la fermeture de la sortie de purge sont réalisées par le biais d'une électro-vanne (126).
6. Module selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'assemblage de cellules est un empilement, la première entrée (111) étant située à une première extrémité de cet empilement, la deuxième entrée (112) étant située à une autre extrémité de cet empilement.
7. Module selon l'une des revendications 1 à 6, dans lequel l'assemblage de cellules comporte un premier ensemble de cellules et un deuxième ensemble de cellules, une structure d'évacuation (150) étant disposée entre le premier ensemble de cellules et le deuxième ensemble de cellules, la structure d'évacuation aboutissant à la sortie (120) de purge.
8. Module selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel le premier ensemble de cellules comporte le même nombre de cellules que le deuxième ensemble de cellules.
9. Module selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel la première entrée d'injection d'hydrogène et la deuxième entrée sont munies respectivement d'une première électrovanne à ouverture proportionnelle pilotable et d'une deuxième première électrovanne à ouverture proportionnelle pilotable.
10. Procédé de commande d'un module selon la revendication 9, dans lequel :

- on mesure les tensions respectives des cellules du premier ensemble de cellules et du deuxième ensemble de cellules, puis en fonction de la mesure de tensions

5 effectuée,

- on adapte l'amplitude d'ouverture de la première électrovanne à ouverture proportionnelle pilotable ou de la deuxième électrovanne à ouverture proportionnelle pilotable.

S.58777

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